激光切割技術(shù)工藝參數(shù)和性能指標(biāo)柳州激光切割

激光切割技術(shù)想必大家都不陌生，激光切割技術(shù)是一種利用高能量密度的激光束對(duì)材料進(jìn)行精確切割的加工方法，廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工領(lǐng)域，最常見的激光切割設(shè)備比如激光切割機(jī)等。

激光切割機(jī)就是利用了激光的切割原理，激光切割的核心在于高功率激光器產(chǎn)生的激光束，通過反射鏡和透鏡系統(tǒng)，特別是聚焦透鏡，將光束聚焦成一個(gè)極小的光斑，通常直徑只有幾十微米到幾百微米，從而在被加工材料表面形成極高的能量密度。

在高能量密度激光的照射下，材料表面迅速升溫至數(shù)千至上萬攝氏度，導(dǎo)致材料瞬間熔化、汽化或發(fā)生燃燒反應(yīng)。對(duì)于金屬材料，還可能伴隨有氧化反應(yīng)。

在激光切割過程中，常配合使用高壓輔助氣體（如氧氣、氮?dú)?、氬氣或壓縮空氣等），一方面幫助吹走熔融或汽化的材料，另一方面起到保護(hù)切割區(qū)域、減少熱影響區(qū)、改善切割質(zhì)量和速度的作用。

激光切割的主要工藝參數(shù)有切割用激光功率、切口寬度、切割速度和氣體流量。其他因素，如激光光束質(zhì)量、透鏡焦距、離焦量和噴嘴等對(duì)于激光切割也有很大影響。

(1) 激光功率

對(duì)于材料性質(zhì)而言，如果材料的表面反射率高，那么激光在照射到材料表面時(shí)，會(huì)有更多的能量被反射回去，而不是被材料吸收用于切割。因此，為了確保足夠的能量用于切割，就需要提高激光的功率。同樣地，如果材料的導(dǎo)熱性好，那么激光照射產(chǎn)生的熱量會(huì)迅速在材料內(nèi)部傳導(dǎo)，導(dǎo)致切割區(qū)域的溫度難以升高到足以切割的程度。此時(shí)，也需要增加激光的功率來提高切割效率。此外，切割熔點(diǎn)高的材料也需要較大的激光功率和功率密度。柳州激光切割因?yàn)槿埸c(diǎn)高的材料需要更多的能量才能使其熔化或汽化，從而達(dá)到切割的目的。

(2) 切割速度

在一定功率條件下，當(dāng)板厚增加時(shí)，激光束需要穿透更深的材料層才能完成切割。研究表明，切割速度與切口表面粗糙度之間的關(guān)系并非簡單的線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)出U形變化的趨勢。這意味著對(duì)于不同板厚的材料和不同的切割氣體壓力條件，存在一個(gè)最佳的切割速度點(diǎn)。在此速度下進(jìn)行切割時(shí)，切口表面的粗糙度值能夠達(dá)到最小，即切口最為平滑。一般來說，切割速度越快，所需功率越大。

(3) 氣體的壓力(氣體流量)

在熔化切割過程中，激光束將材料加熱至熔化溫度，此時(shí)噴吹的氣體起到將液態(tài)金屬吹走的作用，從而形成切口。氣體壓力必須足夠大，才能有效地清除熔化的金屬，確保切割的連續(xù)性和切口的清晰度。氣體流量與噴嘴形式也有關(guān)系，不同的噴嘴形式對(duì)氣體的分布和流動(dòng)特性有不同的影響，激光切割廠家因此適用的氣體流量也會(huì)有所不同。在選擇噴嘴和設(shè)定氣體流量時(shí)，需要根據(jù)具體的切割需求和材料特性來進(jìn)行匹配和優(yōu)化。

(4) 光束質(zhì)量、透鏡焦距和離焦量

激光器輸出的光束模式對(duì)切割效果至關(guān)重要。基橫模（TEM00模）光束因其光束直徑小、能量集中，被認(rèn)為是激光切割中最理想的光束模式。實(shí)驗(yàn)研究表明，非氧助切割時(shí)切口寬度與激光光斑直徑幾乎相等。光斑大小與聚焦透鏡的焦距成正比，即焦距越長，光斑越大；焦距越短，光斑越小。然而，短焦距透鏡雖然能夠獲得較小的光斑，但其焦深也相應(yīng)減小。焦深越小，意味著對(duì)工件表面到透鏡的距離要求也越嚴(yán)格。離焦量對(duì)切割速度和切割深度影響較大，切割過程中必須保持不變，一般離焦量選用負(fù)值，即焦點(diǎn)位置置于切割板面下面某一點(diǎn)。

(5)  噴嘴

噴嘴是影響激光切割質(zhì)量和效率的一個(gè)重要部件。激光切割一般采用同軸(氣流與光軸同心)噴嘴，噴嘴出口直徑大小應(yīng)依據(jù)板厚加以選擇。另外，噴嘴到工件表面的距離對(duì)切割質(zhì)量也有較大影響，為了保證切割過程穩(wěn)定，這個(gè)距離必須保持不變。

工業(yè)材料的激光切割

(1) 金屬材料的激光切割

幾乎所有的金屬材料在室溫下都對(duì)紅外光有很高的反射率。例如，對(duì)于10.6μm的二氧化碳激光的吸收率僅有0.5%~10%。但是當(dāng)功率密度超過 的聚焦光束照在金屬表面上時(shí)，能夠在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)使表面開始熔化。大多數(shù)熔融態(tài)的金屬的吸收率會(huì)急劇上升，一般可提高到60%~80%。因此，二氧化碳激光器已經(jīng)成功地用于許多金屬的切割實(shí)踐。現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)可以切割的碳鋼板的最大厚度已經(jīng)超過了20mm，利用氧助熔化切割方法切割碳鋼板，其切縫可控制在滿意的寬度范圍內(nèi)，對(duì)薄鋼板的切縫可窄至0.1mm左右。激光切割對(duì)于不銹鋼板是一種有效的加工手段，它可以把熱影響區(qū)控制在很小的范圍內(nèi)，從而很好地保持其耐腐蝕性。大多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼都能夠用激光切割方法得到良好的切邊質(zhì)量。

鋁及鋁合金不能用氧助熔化切割，要采用熔化切割機(jī)理，鋁激光切割需要很高的功率密度以克服它對(duì)10.6μm 波長的激光的高反射率。1. 06μm 波長的YAG 激光束由于有較高的吸收率，能夠大幅度地提高鋁激光切割的切割質(zhì)量和速度。飛機(jī)制造業(yè)常用的鈦及鈦合金采用氧氣作輔助氣體時(shí)化學(xué)反應(yīng)激烈，切割速度較快，但是易在切邊形成氧化層，甚至引起過燒。采用惰性氣體作為輔助氣體比較穩(wěn)妥，可以確保切割質(zhì)量。金屬激光切割加工大多數(shù)鎳基合金也可實(shí)施氧助熔化切割。銅及銅合金反射率太高，基本上不能用10.6μm的二氧化碳激光進(jìn)行切割。